JP2010016109A - Concentrating photovoltaic power generation system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、集光レンズによって太陽光を太陽電池セル上に集光させて発電する集光型太陽光発電装置の発電効率を高める技術等に関する。 The present invention relates to a technique for increasing the power generation efficiency of a concentrating solar power generation apparatus that generates power by concentrating sunlight on a solar cell by a condensing lens.
従来の一般住宅用の太陽光発電システムは、集光レンズや凹面鏡などの集光手段により太陽光を集光する集光型太陽光発電システムではないため、一つの太陽光発電セルで利用される太陽光は、当該太陽光発電セルの受光面積相当分しかない。そのため太陽光発電システムにおいて発電量を増やすためには多数の高価な太陽光発電セルを並べざるを得ず、太陽光発電システムのコスト高を招く結果となっていた。また、太陽光発電セルで利用される太陽光の光量が集光型に比べて少ないために発電効率も低いものとなっていた。また従来の太陽光発電システムでは、少しでも発電効率を高めるために、太陽光発電セルの表面に反射防止膜を設ける構造となっているが、この太陽光発電セルの表面に反射防止膜を設けることもコストアップの要因となっていた。 A conventional solar power generation system for ordinary houses is not a concentrating solar power generation system that condenses sunlight by a condensing means such as a condensing lens or a concave mirror, so it is used in one solar power generation cell. Sunlight is only equivalent to the light receiving area of the photovoltaic cell. Therefore, in order to increase the amount of power generation in the solar power generation system, a large number of expensive solar power generation cells have to be arranged, resulting in a high cost of the solar power generation system. In addition, since the amount of sunlight used in the solar power generation cell is smaller than that of the concentrating type, the power generation efficiency is low. In addition, in the conventional photovoltaic power generation system, in order to increase the power generation efficiency even a little, an antireflection film is provided on the surface of the photovoltaic cell, but an antireflection film is provided on the surface of the photovoltaic cell. This was also a factor in increasing costs.
そこで、従来技術において、太陽光発電セルの搭載数を低減しつつ発電効率を高めることができる集光型太陽光発電システムが数多く提案されている。 Therefore, in the prior art, many concentrating solar power generation systems that can increase the power generation efficiency while reducing the number of installed solar power generation cells have been proposed.
例えば、円形のレンズを用いて集光する集光型太陽光発電システムが知られている。
従来からある集光型太陽光発電システム構成の概要は、複数の集光レンズを用いて太陽光を集光するための複数の集光レンズを備えた集光板と、集光板の裏側に所定の間隔を隔てて固設された複数の太陽光発電セルとを備えたものであり、一つ一つの集光レンズが円形凸レンズとなっている。
For example, a concentrating solar power generation system that collects light using a circular lens is known.
An outline of a conventional concentrating solar power generation system configuration is as follows. A condensing plate having a plurality of condensing lenses for condensing sunlight using a plurality of condensing lenses, and a predetermined back side of the condensing plate. And a plurality of photovoltaic cells fixed at intervals, and each condensing lens is a circular convex lens.
例えば、米国特許第5118361号公報には、多数の円形レンズをアレイ状に配された集光レンズアレイ板と、一つ一つの円形レンズの焦点位置に配置された太陽光発電セルがアレイ状に配された太陽光発電セルアレイ板が開示されている。 For example, US Pat. No. 5,118,361 discloses a condensing lens array plate in which a large number of circular lenses are arranged in an array and a photovoltaic power generation cell arranged in the focal position of each circular lens in an array. A distributed photovoltaic cell array board is disclosed.
また、円形レンズとしてフレネルレンズを用いるものも知られている。特開2005−142373号公報に記載の技術は、円形のフレネルレンズを用いて集光し、その焦点位置に太陽光発電セルを配置するものである。なお、特開2005−142373号公報の発明の目的自体は発電の効率化ではなく、フレネルレンズの段差面で生じてしまう散乱光を有効に利用するため、散乱された散乱光を装置背面側に通過させ、装置背面に隠れている地面に植物を植えておき、太陽光発電と、屋上緑化とを同時に行おうとすることを目的とした発明である。 Further, a lens using a Fresnel lens as a circular lens is also known. The technique described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-142373 collects light using a circular Fresnel lens and arranges a photovoltaic power generation cell at the focal position. Note that the object of the invention of Japanese Patent Laid-Open No. 2005-142373 is not to improve the efficiency of power generation, but to effectively use the scattered light generated on the stepped surface of the Fresnel lens. The invention aims to allow solar power generation and rooftop greening at the same time by passing a plant on the ground hidden behind the apparatus.
しかし、太陽の日変動、季節変動により太陽光の到来方向は時々刻々変化するところ、上記従来技術における円形のレンズを用いて集光する集光型太陽光発電システムでは、太陽光が一点に集中するが焦点が結ばれる位置が3次元空間内で移動するため、太陽光発電セルを当該焦点位置に配置するためには太陽光発電セルアレイの位置を3次元的に合わせるか、円形レンズと太陽光発電セルアレイを一体として向日葵のように太陽の到来方向に正対させるように3軸の回転移動をさせる駆動装置が必要となってしまう。当該駆動機構を用いることは複雑でコスト高となる上、駆動機構により集光型太陽光発電システムの高さが高くなってしまうため暴風雨等に耐えるためには、集光型太陽光発電システム筐体や屋根等の設置構造に十分な強度が要求されコスト高になるという欠点があった。また、太陽光が1点に集中するシステムでは、レンズの面積にもよるが、当該1点に集中するエネルギーが、非常に大きくなるので、温度が上がり、何らかの冷却構造が必要になると問題がある。レンズを小さく分割すれば、冷却は、省けるが、構造が、複雑になるという欠点があった。 However, the direction of arrival of sunlight changes from moment to moment due to daily fluctuations and seasonal fluctuations of the sun. In the concentrating solar power generation system that collects light using the circular lens in the above-mentioned conventional technology, sunlight is concentrated at one point. However, since the position where the focus is formed moves in the three-dimensional space, in order to arrange the photovoltaic cell at the focal position, the position of the photovoltaic cell array is aligned three-dimensionally, or a circular lens and sunlight A driving device that rotates the three axes so that the power generation cell array is integrated and faces the direction of arrival of the sun like a sunflower is required. Using this drive mechanism is complicated and expensive, and the drive mechanism increases the height of the concentrating solar power generation system. There was a drawback that sufficient strength was required for the installation structure such as the body and the roof, and the cost was high. Further, in a system in which sunlight is concentrated at one point, although depending on the area of the lens, the energy concentrated at the one point becomes very large, so there is a problem when the temperature rises and some kind of cooling structure is required. . If the lens is divided into small parts, the cooling can be omitted, but the structure is complicated.
上記問題点に鑑み、本発明は、太陽光発電システムにおける太陽光線の日変動と季節変動に対する追従方法と集光方法を工夫し、高価な太陽光発電セルの実装面積を低減しつつ発電効率を高め、特段の冷却機構を必要としない集光型太陽光発電システムを提供することを目的とする。
また、太陽光発電システムの重量と高さを抑え、暴風雨にも耐えやすい集光型太陽光発電システムを提供することを目的とする。
In view of the above problems, the present invention devised a tracking method and a condensing method for daily fluctuations and seasonal fluctuations of solar rays in a solar power generation system, and reduces power generation efficiency while reducing the mounting area of expensive solar power generation cells. An object of the present invention is to provide a concentrating solar power generation system that does not require a special cooling mechanism.
It is another object of the present invention to provide a concentrating solar power generation system that suppresses the weight and height of the solar power generation system and can easily withstand storms.
上記目的を達成するため、本発明の第1の集光型太陽光発電システムは、
受光面で受光した太陽光を略直線状の光線として集束させるシリンドリカルレンズであって、前記集束した光線が略東西方向となるように配置せしめたシリンドリカルレンズと、
太陽光を受けて発電する太陽光発電セルを並べた太陽光発電セルアレイであって、前記シリンドリカルレンズにより集光された前記光線を受けるように前記シリンドリカルレンズの下方に配置せしめた太陽光発電セルアレイと、
太陽光の入射角度に応じて前記シリンドリカルレンズと前記太陽光発電セルアレイとの相対距離を調整する相対位置調整機構と、
前記太陽光の入射角度に応じて、前記シリンドリカルレンズと前記太陽光発電セルアレイの南北方向の仰角を調整する南北方向仰角調整機構とを備えたことを特徴とする。
上記構成により、シリンドリカルレンズと太陽光発電セルアレイの相対位置の調整する機構と、南北方向の仰角を調整する機構を備えることにより、太陽の日変動、季節変動に伴う太陽光の到来方向の変化に対応することができ、朝昼夕のいずれの時間帯、春夏秋冬のいずれの日であっても適切な仰角で太陽光が焦点を結び、太陽光発電セルアレイ上で受光できるように装置の角度を調整することができ、太陽光の受光量が増加し、より少ない太陽光発電セルの個数にて効率的に発電することが可能となる。
In order to achieve the above object, a first concentrating solar power generation system of the present invention includes:
A cylindrical lens that focuses sunlight received by the light-receiving surface as a substantially linear light beam, the cylindrical lens arranged so that the focused light beam is in a substantially east-west direction, and
A photovoltaic cell array in which photovoltaic cells that generate sunlight and generate electric power are arranged, and the photovoltaic cell array arranged below the cylindrical lens so as to receive the light beam collected by the cylindrical lens; ,
A relative position adjustment mechanism for adjusting a relative distance between the cylindrical lens and the photovoltaic cell array according to an incident angle of sunlight;
In accordance with the incident angle of sunlight, the cylindrical lens and a north-south elevation angle adjusting mechanism that adjusts the north-south elevation angle of the photovoltaic cell array are provided.
With the above configuration, by providing a mechanism for adjusting the relative position of the cylindrical lens and the photovoltaic cell array and a mechanism for adjusting the elevation angle in the north-south direction, it is possible to cope with changes in the direction of arrival of sunlight accompanying the daily and seasonal variations of the sun. The angle of the device so that the sunlight can be focused at an appropriate elevation angle and received on the photovoltaic cell array at any time of morning, noon and evening, and any day of spring, summer, autumn and winter The amount of received sunlight increases, and it is possible to efficiently generate power with a smaller number of photovoltaic power generation cells.
ここで、上記第1の集光型太陽光発電システムの構成における、前記相対位置調整機構による前記シリンドリカルレンズと前記太陽光発電セルアレイとの相対距離の調整の第1のパターンとして、前記太陽光発電セルアレイに対して、前記シリンドリカルレンズの相対位置を移動させるパターンがある。
つまり太陽の日変動に伴って変化する太陽光の南北方向から見た東西方向の入射角度によって焦点距離(焦点を結ぶ深さ)が変わるが、シンリドリカルレンズを上下させることにより、太陽光が焦点を結ぶ位置(焦点を結ぶ深さ)を太陽光発電セルアレイの位置(深さ)に合わせるものである。
Here, in the configuration of the first concentrating solar power generation system, as the first pattern for adjusting the relative distance between the cylindrical lens and the solar power generation cell array by the relative position adjustment mechanism, the solar power generation There is a pattern for moving the relative position of the cylindrical lens with respect to the cell array.
In other words, the focal length (the depth connecting the focal points) changes depending on the incident angle in the east-west direction as seen from the north-south direction of the sunlight, which changes with the daily fluctuation of the sun. The position for connecting the focal points (depth for connecting the focal points) is adjusted to the position (depth) of the photovoltaic cell array.
また、上記第1の集光型太陽光発電システムの構成における、前記相対位置調整機構による前記シリンドリカルレンズと前記太陽光発電セルアレイとの相対距離の調整の第2のパターンとして、前記シリンドリカルレンズに対して、前記太陽光発電セルアレイの相対位置を移動させるパターンがある。
つまり、太陽の日変動に伴って変化する太陽光の南北方向から見た東西方向の入射角度によって焦点距離(焦点を結ぶ深さ)が変わるが、下方にある太陽光発電セルアレイの方を上下させることにより、太陽光が焦点を結ぶ位置(焦点を結ぶ深さ)を太陽光発電セルアレイの位置(深さ)に合わせるものである。
Further, in the configuration of the first concentrating solar power generation system, as a second pattern for adjusting the relative distance between the cylindrical lens and the solar power generation cell array by the relative position adjustment mechanism, the second lens is adjusted with respect to the cylindrical lens. Thus, there is a pattern for moving the relative position of the photovoltaic cell array.
In other words, the focal length (the depth connecting the focal points) changes depending on the incident angle in the east-west direction as seen from the north-south direction of the sunlight that changes with the daily fluctuation of the sun, but the photovoltaic cell array below is moved up and down Thus, the position where the sunlight focuses (the depth at which the focus is focused) is adjusted to the position (depth) of the photovoltaic cell array.
次に、本発明の第2の集光型太陽光発電システムとして、上記第1の集光型太陽光発電システムの構成に加え、
略直線状のスリットを備え、裏面の少なくとも一部は反射体であるスリット体であって、前記シリンドリカルレンズと前記太陽光発電セルアレイの間に位置し、前記シリンドリカルレンズにより集束された前記略直線状の光線が前記スリットを通過し、当該通過した光が前記太陽光発電セルアレイで受光されるように前記シリンドリカルレンズの下方に配置せしめたスリット体を備え、
前記スリット体の前記スリットを通過して前記太陽光発電セルアレイに入射した太陽光のうち、前記太陽光発電セルアレイの表面で反射してしまった太陽光を前記スリット体裏面の前記反射体により反射させて前記太陽光発電セルアレイに再入射させ、前記スリット体裏面と前記太陽光発電セルアレイの間で反射と再入射を繰り返すことにより前記太陽光発電セルアレイにおける発電に供される光量を増加せしめることを特徴とする。
Next, as the second concentrating solar power generation system of the present invention, in addition to the configuration of the first concentrating solar power generation system,
A substantially linear slit, and at least a part of the rear surface is a slit body that is a reflector, and is positioned between the cylindrical lens and the photovoltaic cell array, and is substantially linearly focused by the cylindrical lens. Including a slit body disposed below the cylindrical lens so that the light passes through the slit and the light passing through the slit is received by the photovoltaic cell array,
Of the sunlight that has entered the photovoltaic cell array through the slit of the slit body, the sunlight reflected by the surface of the photovoltaic cell array is reflected by the reflector on the back surface of the slit body. Re-entering the photovoltaic cell array and repeating the reflection and re-incidence between the back surface of the slit body and the photovoltaic cell array to increase the amount of light provided for power generation in the photovoltaic cell array. And
ここで、相対位置調整機構による前記シリンドリカルレンズと前記スリット体と前記太陽光発電セルアレイとの相対距離の調整の第1のパターンとして、前記スリット体と前記太陽光発電セルアレイに対して、前記シリンドリカルレンズの相対位置を移動させるパターンがある。つまり太陽の日変動に伴って変化する太陽光の南北方向から見た東西方向の入射角度によって焦点距離(焦点を結ぶ深さ)が変わるが、シンリドリカルレンズを上下させることにより、太陽光が焦点を結ぶ位置(焦点を結ぶ深さ)を太陽光発電セルアレイの位置(深さ)に合わせるものである。 Here, as a first pattern for adjusting a relative distance between the cylindrical lens, the slit body, and the photovoltaic cell array by a relative position adjusting mechanism, the cylindrical lens is arranged with respect to the slit body and the photovoltaic cell array. There is a pattern to move the relative position of. In other words, the focal length (the depth connecting the focal points) changes depending on the incident angle in the east-west direction as seen from the north-south direction of the sunlight, which changes with the daily fluctuation of the sun. The position for connecting the focal points (depth for connecting the focal points) is adjusted to the position (depth) of the photovoltaic cell array.
次に、相対位置調整機構による前記シリンドリカルレンズと前記スリット体と前記太陽光発電セルアレイとの相対距離の調整の第2のパターンとして、前記シリンドリカルレンズに対して、前記スリット体と前記太陽光発電セルアレイの相対位置を移動させるパターンがある。
つまり、太陽の日変動に伴って変化する太陽光の南北方向から見た東西方向の入射角度によって焦点距離(焦点を結ぶ深さ)が変わるが、下方にあるスリット体と太陽光発電セルアレイの方を上下させることにより、太陽光が焦点を結ぶ位置(焦点を結ぶ深さ)を太陽光発電セルアレイの位置(深さ)に合わせるものである。
Next, as a second pattern for adjusting a relative distance between the cylindrical lens, the slit body, and the photovoltaic cell array by a relative position adjusting mechanism, the slit body and the photovoltaic cell array are arranged with respect to the cylindrical lens. There is a pattern to move the relative position of.
In other words, the focal length (the depth connecting the focal points) changes depending on the incident angle in the east-west direction seen from the north-south direction of the sunlight that changes with the daily fluctuation of the sun, but the slit body and photovoltaic cell array below , The position where the sunlight focuses (the depth at which the focus is focused) is adjusted to the position (depth) of the photovoltaic cell array.
次に、相対位置調整機構による前記シリンドリカルレンズと前記スリット体と前記太陽光発電セルアレイとの相対距離の調整の第3のパターンとして、前記シリンドリカルレンズと前記太陽光発電セルアレイに対して、前記スリット体の相対位置を移動させるパターンがある。つまり、太陽の日変動に伴って変化する太陽光の南北方向から見た東西方向の入射角度によって焦点距離(焦点を結ぶ深さ)が変わるが、下方にあるスリット体のみを上下させることにより、太陽光が焦点を結ぶ位置(焦点を結ぶ深さ)をスリットの位置(深さ)に合わせ、太陽光がスリットを通過するようにして太陽光発電セルがあるキャビティ内に光を導いて効率的に発電せしめるものである。 Next, as a third pattern for adjusting a relative distance between the cylindrical lens, the slit body, and the photovoltaic cell array by a relative position adjustment mechanism, the slit body is arranged with respect to the cylindrical lens and the photovoltaic cell array. There is a pattern to move the relative position of. In other words, the focal length (the depth connecting the focal points) changes depending on the incident angle in the east-west direction seen from the north-south direction of sunlight that changes with the daily fluctuation of the sun, but by raising and lowering only the slit body below, The position where the sunlight focuses (the depth at which the focus is focused) is adjusted to the position (depth) of the slit, so that the sunlight passes through the slit and guides the light into the cavity where the photovoltaic power generation cell is located. It will generate electricity.
このように、シリンドリカルレンズ、スリット体、太陽光発電セルアレイの相対位置の調整する機構と、南北方向の仰角を調整する機構を備えることにより、太陽の日変動、季節変動に伴う太陽光の到来方向の変化に対応することができ、朝昼夕のいずれの時間帯、春夏秋冬のいずれの日であっても適切な仰角で太陽光が焦点を結び、太陽光発電セルアレイ上で受光できるように装置の角度を調整することができ、太陽光の受光量が増加し、より少ない太陽光発電セルの個数にて効率的に発電することが可能となる。 Thus, by providing a mechanism for adjusting the relative position of the cylindrical lens, slit body, photovoltaic cell array, and a mechanism for adjusting the elevation angle in the north-south direction, the arrival direction of sunlight accompanying the daily and seasonal variations of the sun So that sunlight can be focused at an appropriate elevation angle and received on the photovoltaic cell array at any time of morning, afternoon, and evening, and any day of spring, summer, autumn or winter. The angle of the device can be adjusted, the amount of received sunlight is increased, and it is possible to efficiently generate power with a smaller number of photovoltaic power generation cells.
なお、前記太陽光発電セルが透過型セルであり、発電に消費されない太陽光は通過させるものとすることが好ましい。
透過型セルとすることにより、光電変換に利用されない光は太陽光発電セルを通過してキャビティ内壁で反射を繰り返し、太陽光発電セルに再度入射することが可能とする。つまり、キャビティ内に導かれた太陽光の太陽光発電セルにおける光電変換効率を向上せしめることができる。
In addition, it is preferable that the said photovoltaic power generation cell shall be a transmissive | pervious cell, and let the sunlight which is not consumed by electric power generation pass.
By using a transmissive cell, light that is not used for photoelectric conversion passes through the photovoltaic cell, repeatedly reflects on the inner wall of the cavity, and can enter the photovoltaic cell again. That is, it is possible to improve the photoelectric conversion efficiency in the solar power generation cell of the sunlight guided into the cavity.
この透過型セルを採用する場合、内壁面に反射体を備えたキャビティを設けて太陽光発電セルアレイを反射体で取り囲む構成とすることが有効である。つまり、前記スリット体の下方に設けられ、前記太陽光発電セルアレイを囲うキャビティであって、その内壁面の少なくとも一部の領域に光を反射する反射体が設けられたキャビティを備え、前記スリット体の前記スリットを通過して前記キャビティ内に入射した太陽光のうち、前記透過型セルで発電エネルギーに変換されずに通過した太陽光を、前記キャビティの内壁面の反射体と前記スリット体裏面の反射体の間で光を反射を繰り返し、前記太陽光発電セルアレイにおいて発電に供される光量を増加せしめる構成とする。 When this transmission type cell is adopted, it is effective to provide a cavity provided with a reflector on the inner wall surface and surround the photovoltaic cell array with the reflector. That is, the slit body includes a cavity that is provided below the slit body and surrounds the photovoltaic cell array, and is provided with a reflector that reflects light on at least a partial region of the inner wall surface thereof. Of the sunlight that has passed through the slit and entered the cavity, sunlight that has passed through the transmission cell without being converted into power generation energy is reflected between the reflector on the inner wall surface of the cavity and the back surface of the slit body. The light is repeatedly reflected between the reflectors to increase the amount of light provided for power generation in the photovoltaic cell array.
また、前記太陽光発電セルアレイが少なくとも、発電効率が高い波長帯が第1の波長帯である太陽光発電セルと、発電効率が高い波長帯が第2の波長帯である太陽光発電セルの2種類のセルを含んだものとすることも好ましい。
光電変換に適した波長帯が異なる太陽光発電セルを組み合わせることにより、太陽光の発電利用効率が向上する。例えば、波長が長い光(赤外線よりの光)において発電効率が高いものと、波長が短い光(紫外線よりの光)において発電効率が高いものを組み合わせれば、キャビティ内に導入した多用な波長帯の光を有効に光電変換すること可能となる。
In addition, the photovoltaic cell array includes at least two photovoltaic power generation cells in which the wavelength band with high power generation efficiency is the first wavelength band, and two photovoltaic power generation cells in which the wavelength band with high power generation efficiency is the second wavelength band. It is also preferable to include types of cells.
By combining solar power generation cells having different wavelength bands suitable for photoelectric conversion, the power generation utilization efficiency of solar light is improved. For example, if a combination of light having a long wavelength (light from infrared rays) with high power generation efficiency and light having a short wavelength (light from ultraviolet rays) having high power generation efficiency, a versatile wavelength band introduced into the cavity Can be effectively photoelectrically converted.
次に、スリットの工夫について述べる。
スリットは、シリンドリカルレンズにより結ばれる直線状の光線が通過できる幅があれば良く、キャビティの上面の蓋となる役割を果たす。キャビティの密閉性を高めるためにもスリット幅は狭い方が好ましい。しかし、天気の状況によってはスリット幅が狭いとかえってキャビティ内への光の導入がうまく行かない場合がある。例えば曇天のように太陽光が直進光ばかりではなく散乱光として入射している場合、焦点を結びにくいため、スリットを広げてシステム筐体の開口面積を大きく保った方が良い。そのため、前記スリット体が、スリット幅を増減させるスリット幅調整機構を備えた構成とすることが好ましい。
Next, the device of the slit will be described.
The slit only needs to have a width that allows a linear light beam connected by the cylindrical lens to pass therethrough, and serves as a lid on the upper surface of the cavity. In order to improve the sealing performance of the cavity, it is preferable that the slit width is narrow. However, in some weather conditions, the slit width is narrow, but the introduction of light into the cavity may not be successful. For example, when the sunlight is incident not only as straight light but also as scattered light as in cloudy weather, it is difficult to focus, so it is better to widen the slit to keep the opening area of the system housing large. Therefore, it is preferable that the slit body includes a slit width adjusting mechanism that increases or decreases the slit width.
前記スリット幅調整機構のスリット幅調整手段は限定されないが、例えば、スリット体が互いに独立して対向し合う2枚の板状部材からなり、前記スリット体をスライドさせることにより前記スリット幅を増減させるものがある。
また、前記スリット体が互いに独立して対向し合う2枚の板状部材からなり、前記板状部材の対向するエッジ間により前記スリットが形成され、前記スリット幅調整機構が前記板状部材に設けられた回転軸を中心として前記板状部材を回動させることにより前記スリットの幅を増減させるものがある。
The slit width adjusting means of the slit width adjusting mechanism is not limited. For example, the slit body is composed of two plate-like members that face each other independently, and the slit width is increased or decreased by sliding the slit body. There is something.
Further, the slit body is composed of two plate-like members facing each other independently, the slit is formed between the opposing edges of the plate-like member, and the slit width adjusting mechanism is provided in the plate-like member. There is one that increases or decreases the width of the slit by rotating the plate-like member around the rotation axis.
次に、前記シリンドリカルレンズをフレネルレンズとする構成も好ましい。
上記構成により、レンズの重量を抑えることができるので、材料費の低減が図れると共に厚み小さくすることができ、機械的構造強度を確保する上でも有利となる。また、レンズの厚みを抑えることができるので筐体の高さが低く抑えられる上、暴風雨にも耐えやすい構造とすることができる。
Next, a configuration in which the cylindrical lens is a Fresnel lens is also preferable.
With the above structure, the weight of the lens can be suppressed, so that the material cost can be reduced and the thickness can be reduced, which is advantageous in securing the mechanical structure strength. In addition, since the thickness of the lens can be suppressed, the height of the housing can be reduced, and the structure can easily withstand storms.
また、前記シリンドリカルレンズの太陽光受光面側の外表面に光触媒コーティング加工を施しておくことが好ましい。
上記構成により、屋上など外界環境にさらされる条件で設置しておいてもシリンドリカルレンズの外表面に汚れが付着しにくくなるため、太陽の受光量を大きく確保することができる上、清掃作業を減らすこともできる。
Moreover, it is preferable to perform photocatalyst coating processing on the outer surface of the cylindrical lens on the sunlight receiving surface side.
The above configuration makes it difficult for dirt to adhere to the outer surface of the cylindrical lens even if it is installed under conditions exposed to the outside environment such as the rooftop, so that a large amount of received sunlight can be secured and cleaning work can be reduced. You can also
本発明の集光型太陽光発電システムによれば、太陽光発電システムにおける太陽光線の追従方法と集光方法を工夫し、高価な太陽光発電セルの実装面積を低減しつつ発電効率を高めたものとすることができる。
本発明の集光型太陽光発電システムによれば、システム筐体の高さを低く抑え、暴風雨にも耐えやすいものとすることができる。
According to the concentrating solar power generation system of the present invention, the solar ray tracking method and the concentrating method in the solar power generation system have been devised to increase the power generation efficiency while reducing the mounting area of expensive solar power generation cells. Can be.
According to the concentrating solar power generation system of the present invention, the height of the system housing can be kept low and it can easily withstand storms.
以下、図面を参照しつつ、本発明の集光型太陽光発電システムの実施例を説明する。ただし、本発明の範囲は以下の実施例に示した具体的な用途、形状、個数などには限定されないことは言うまでもない。 Hereinafter, embodiments of the concentrating solar power generation system of the present invention will be described with reference to the drawings. However, it goes without saying that the scope of the present invention is not limited to the specific application, shape, number, etc. shown in the following examples.
実施例1にかかる本発明の集光型太陽光発電システムの例を示す。
図1および図2は、本発明の第1の集光型太陽光発電システムの構成例を示す図である。
図1は集光型太陽光発電システム100の平面図、正面図、側面図を模式的に示した図である。
図2は集光型太陽光発電システム100の横断面図および縦断面図を模式的に示した図である。
図3は受光した太陽光がシリンドリカルレンズ10により集光されスリット体20を通過して太陽光発電セルアレイ30に受光する様子を側面方向における縦断面において模式的に示した図である。
The example of the concentrating solar power generation system of this invention concerning Example 1 is shown.
1 and 2 are diagrams showing a configuration example of a first concentrating solar power generation system according to the present invention.
FIG. 1 is a diagram schematically showing a plan view, a front view, and a side view of a concentrating solar
FIG. 2 is a diagram schematically showing a transverse sectional view and a longitudinal sectional view of the concentrating solar
FIG. 3 is a diagram schematically showing, in a vertical cross section in the side surface direction, the received sunlight is collected by the
本実施例1の構成例は、集光型太陽光発電システム100は、シリンドリカルレンズ10、スリット体20、太陽光発電セルアレイ30、相対位置調整機構40、南北方向仰角調整機構50、キャビティ60、筐体70を備えている。
In the configuration example of the first embodiment, the concentrating solar
シリンドリカルレンズ10は、ガラスまたはプラスチック樹脂などの透明素材でできており、受光面で受光した太陽光を略直線状の光線として集束させるものであり、平凸レンズとなっている。この構成ではシリンドリカルレンズ10はフレネルレンズとなっている。フレネルレンズとしておくことにより、円柱レンズのままに比べて嵩張らず、軽量で、材料費低減でき、ひいては装置全体の高さを小さくまとめることができ、風雨など外的環境にさらされる集光型太陽光発電システム100にとって有利だからである。フレネルレンズであっても集光効果は半球状の平凸レンズと基本的には同じである。
この装置構成例では、シリンドリカルレンズ10は平凸レンズの平面側が上面、凸面側が下面となっている。上面の平面が太陽光の受光面となり、シリンドリカルレンズ10を出射する境界面において屈折し、焦点距離離れた位置で略直線状の光線に集光される。
また、シリンドリカルレンズ10の太陽光受光面側の外表面に光触媒コーティングを施しておくことが好ましい。光触媒コーティングを施しておけば、装置全体を屋上など外界環境にさらされる条件で設置しておいてもシリンドリカルレンズ10の外表面に汚れが付着しにくくなるため、太陽の受光量を大きく確保することができる上、清掃作業を減らすこともできる。光触媒コーティング剤は特に限定されないが、例えば、酸化チタンコーティング剤などがある。
The
In this apparatus configuration example, the
Moreover, it is preferable to apply a photocatalytic coating to the outer surface of the
ここで、シリンドリカルレンズ10は、集束した光線が東西方向となるように配置されている。つまり、円柱の軸が東西方向となるように配置すれば集束した光線は東西方向となる。このように集束した光線が東西方向となるようにしておけば東から昇り西に沈む太陽の一日の動きの大半において集束した光線は焦点距離において東西方向に延びた直線状の光線となり、効率的に太陽光を捉えることができるからである。
Here, the
次に、スリット体20は、略直線状のスリット21を備えたものであってシリンドリカルレンズにより集束された略直線状の光線がスリット21を通過するようにシリンドリカルレンズの下方に配置されている。スリット21以外の部分の形状は問わない。例えば2片の板状体が対向し合いその両者の隙間をスリット21としたもので良い。スリット21の配置方向は東西方向となっている。スリット体20の裏面の少なくとも一部は反射体22となっている。この例では裏面全面が反射体22となっている。また、筐体70の内壁面の少なくとも一部は反射体71となっている。この例では内壁面全面が反射体71となっている。
Next, the
太陽光発電セルアレイ30は太陽光を受けて発電する太陽光発電セルを並べたものである。スリット体のスリット21を通過した光線を受けるように板状体の下方に配置されている。例えば東西に長く南北に短い矩形領域に太陽光発電セルを配した配列とすることができる。図1および図2に示すように、シリンドリカルレンズ10、スリット体20、太陽光発電セルアレイ30の南北東西方向の配置は東西方向を軸に配列されている。
The photovoltaic power
図3は受光した太陽光がシリンドリカルレンズ10により集光されスリット体20を通過して太陽光発電セルアレイ30に受光する様子を側面方向における縦断面から示している。なお、図3に示した南北方向の仰角は一例である。
FIG. 3 shows a state in which the received sunlight is collected by the
ここで、太陽光発電セルのコストと発電効率のパフォーマンスを考慮すれば、太陽光発電セルアレイ30の矩形領域をできるだけ小さく(太陽光発電セル個数を少なく)構成し、かつ、その矩形領域全体にわたりシリンドリカルレンズ10により集束してスリット21を通過した光線が投影されることが好ましい。上記のように、太陽光発電セルを配列した矩形領域をできるだけ小さくするための条件について述べる。
Here, in consideration of the cost of the photovoltaic cell and the performance of the power generation efficiency, the rectangular region of the
本発明では、平凸のシリンドリカルレンズ10は、平面側で受けた太陽光を凸面の境界面で屈折させ直線状に集束することにより光線の投影面積を小さくするために採用されているが、太陽光の到来方向、シリンドリカルレンズ10、スリット体20、太陽光発電セルアレイ30の上下方向の相対距離により太陽光発電セルアレイ30の位置における光線の投影面積が変わってくる。太陽の到来方向は日変動により東から西へ変動するため、集光型太陽光発電システム100を日変動に対して設置状態を固定した状態とすると、焦点距離(深さ)は時々刻々変化することとなる。本発明ではこの点に注目し、太陽光の入射角度により決まる焦点距離に応じてシリンドリカルレンズ10とスリット体20と太陽光発電セルアレイ30との相対距離を調整する相対位置調整機構40を備えた構成としている。
In the present invention, the plano-convex
相対位置調整機構40によるシリンドリカルレンズ10とスリット体20と太陽光発電セルアレイ30との相対距離を調整には複数のパターンがある。それぞれのパターンを以下に説明する。
There are a plurality of patterns for adjusting the relative distance between the
第1のパターンは、相対位置調整機構40によりスリット体20と太陽光発電セルアレイ30を動かさずシリンドリカルレンズ10を移動させて両者の相対位置を移動させるものである。
図4および図5は第1のパターンで駆動する相対位置調整機構40によりシリンドリカルレンズ10とスリット体20と太陽光発電セルアレイ30との相対距離を調整する様子を模式的に示す図である。なお、相対位置調整機構40の機械的構造の詳細な図示は省略し、模式的にしか示していない。相対位置調整機構40の駆動機構自体は特に限定されず、シリンドリカルレンズ10を支持する筐体をスリット体20と太陽光発電セルアレイ30に対して移動させるものであれば良く、モーター、ホイール、ワイヤー、ピストン等、駆動の機械的仕組みは限定されない。
In the first pattern, the relative
4 and 5 are diagrams schematically showing how the relative distances between the
図4(a)及び図4(b)に示すように、午前中で太陽光線が東の低い角度(例えば大地に対する仰角30度)から到来していたとすると、シリンドリカルレンズ10を通過して集束する焦点距離(焦点がある深さ)が比較的浅く、図4(a)及び図4(b)に示す距離(深さ)で焦点が結ばれるとすると、相対位置調整機構40によりシリンドリカルレンズ10を相対移動し、スリット体20と太陽光発電セルアレイ30の存在する深さにおいて焦点が結ばれるように調整せしめ、太陽光発電セルアレイ30が配されている矩形領域で太陽光線を受けるようになっている。
As shown in FIGS. 4 (a) and 4 (b), if the sun rays are coming from a low east angle (for example, an elevation angle of 30 degrees with respect to the ground) in the morning, the light passes through the
次に、図5(a)及び図5(b)に示すように、真昼で太陽光線が南の高い角度(例えば大地に対する仰角70度)から到来していたとすると、シリンドリカルレンズ10を通過して集束する焦点距離(焦点がある深さ)が午前中より比較的深くなり図5(a)及び図5(b)の位置(深さ)で焦点が結ばれるとすると、相対位置調整機構40によりシリンドリカルレンズ10を相対移動し、スリット体20と太陽光発電セルアレイ30の存在する深さにおいて焦点が結ばれるように調整せしめ、太陽光発電セルアレイ30が配されている矩形領域で太陽光線を受けるようになっている。
Next, as shown in FIGS. 5 (a) and 5 (b), assuming that the sunbeams arrive at a high south angle (for example, an elevation angle of 70 degrees with respect to the ground) at noon, they pass through the
上記の第1のパターンで駆動する相対位置調整機構40を搭載してシリンドリカルレンズ10とスリット体20と太陽光発電セルアレイ30との相対距離を調整することにより、より少ない個数の太陽光発電セルの実装数の太陽光発電セルアレイ30にてどの時間帯であっても、シリンドリカルレンズ10の平面側の面積分の太陽光を発電に利用することが可能となる。
なお、キャビティ60内に入射した後、スリット体20の裏面に設けた反射体22とキャビティ60の内壁面に設けた反射体71による反射により太陽光発電セルアレイ30における光電変換効率を向上させる工夫については後述する。
By mounting the relative
In addition, after entering into the
次に第2のパターンは、シリンドリカルレンズ10とスリット体20と太陽光発電セルアレイ30との相対距離の調整として、相対位置調整機構40によってシリンドリカルレンズ10に対して、スリット体20と太陽光発電セルアレイ30の相対位置を移動させるものである。つまり、シリンドリカル10を動かさずに、スリット体20と太陽光発電セルアレイ30を移動させて両者の相対位置を移動させるものである。
Next, the second pattern is the adjustment of the relative distance between the
図6(a)及び図6(b)は第2のパターンで駆動する相対位置調整機構40によりシリンドリカルレンズ10とスリット体20と太陽光発電セルアレイ30との相対距離を調整する様子を模式的に示す図である。図4と同様、相対位置調整機構40の機械的構造の詳しい構造の図示は省略している。
6A and 6B schematically show how the relative distances between the
図6(a)及び図6(b)に示すように、午前中で太陽光線が東の低い角度(例えば大地に対する仰角30度)から到来していたとすると、シリンドリカルレンズ10を通過して集束する焦点距離(焦点がある深さ)が比較的浅く、図6(a)及び図6(b)の位置で焦点が結ばれたとすると、図6(a)及び図6(b)のようにシリンドリカルレンズ10が光線の焦点距離(焦点がある深さ)がスリット体20と太陽光発電セルアレイ30の位置となるように相対移動し、太陽光発電セルアレイ30が配されている矩形領域で太陽光線を受けるようになっている。
As shown in FIGS. 6 (a) and 6 (b), if the sun rays are coming from a low east angle (for example, an elevation angle of 30 degrees with respect to the ground) in the morning, the light passes through the
次に、図7(a)及び図7(b)に示すように、真昼で太陽光線が南の高い角度(例えば大地に対する仰角70度)から到来していたとすると、シリンドリカルレンズ10を通過して集束する焦点距離(焦点がある深さ)が午前中より比較的深く、図7(a)及び図7(b)の位置で焦点が結ばれたとすると、図7(a)及び図7(b)のようにシリンドリカルレンズ10が光線の焦点距離(焦点がある深さ)がスリット体20と太陽光発電セルアレイ30の位置となるように相対移動し、太陽光発電セルアレイ30が配されている矩形領域で太陽光線を受けるようになっている。
Next, as shown in FIGS. 7 (a) and 7 (b), assuming that the sunbeams arrive at a high south angle (for example, an elevation angle of 70 degrees with respect to the ground) at midday, the light passes through the
上記の第2のパターンで駆動する相対位置調整機構40を搭載してシリンドリカルレンズ10とスリット体20と太陽光発電セルアレイ30との相対距離を調整することにより、より少ない個数の太陽光発電セルの実装数の太陽光発電セルアレイ30にてどの時間帯であっても、シリンドリカルレンズ10の平面側の面積分の太陽光を発電に利用することが可能となる。
なお、キャビティ60内に入射した後、スリット体20の裏面に設けた反射体22とキャビティ60の内壁面に設けた反射体71による反射により太陽光発電セルアレイ30における光電変換効率を向上させる工夫については後述する。
By mounting the relative
In addition, after entering into the
次に第3のパターンは、シリンドリカルレンズ10とスリット体20と太陽光発電セルアレイ30との相対距離の調整として、相対位置調整機構40によってシリンドリカルレンズ10と太陽光発電セルアレイ30に対して、スリット体20の相対位置を移動させるものである。つまり、シリンドリカル10と太陽光発電セルアレイ30を動かさずに、スリット体20を移動させて両者の相対位置を移動させるものである。
Next, as a third pattern, the relative position of the
図8(a)及び図8(b)は第3のパターンで駆動する相対位置調整機構40によりシリンドリカルレンズ10とスリット体20と太陽光発電セルアレイ30との相対距離を調整する様子を模式的に示す図である。図4と同様、相対位置調整機構40の機械的構造の詳細の図示は省略している。
FIGS. 8A and 8B schematically show how the relative
図8(a)及び図8(b)に示すように、午前中で太陽光線が東の低い角度(例えば大地に対する仰角30度)から到来していたとすると、シリンドリカルレンズ10を通過して集束する焦点距離(焦点がある深さ)が比較的浅く、図8(a)及び図8(b)の位置で焦点が結ばれたとすると、図8(a)及び図8(b)のようにスリット体20が光線の焦点距離(焦点がある深さ)の位置となるように相対移動し、シリンドリカル10により集束した直線状の光線がスリット体20を通過させ、下方の太陽光発電セルアレイ30が配されているキャビティ内に太陽光線を導くものである。なお、キャビティ内に導かれた太陽光線は、実施例2において後述するように、スリット体20の裏面およびキャビティ60の内壁が鏡面処理されておれば太陽光発電セルで発電のために利用されない光は太陽光発電セルに入射するまで反射を繰り返すこととなる。
As shown in FIGS. 8 (a) and 8 (b), if the sun rays arrive in the morning from an eastern low angle (for example, an elevation angle of 30 degrees with respect to the ground), they pass through the
次に、図9(a)及び図9(b)に示すように、真昼で太陽光線が南の高い角度(例えば大地に対する仰角70度)から到来していたとすると、シリンドリカルレンズ10を通過して集束する焦点距離(焦点がある深さ)が午前中より比較的深く、図9(a)及び図9(b)の位置で焦点が結ばれたとすると、スリット体20が光線の焦点距離(焦点がある深さ)の位置となるように相対移動し、シリンドリカル10により集束した直線状の光線がスリット体20を通過させ、下方の太陽光発電セルアレイ30が配されているキャビティ内に太陽光線を導くものである。
Next, as shown in FIGS. 9 (a) and 9 (b), assuming that the sunbeams arrived from a high south angle (for example, an elevation angle of 70 degrees with respect to the earth) at noon, they passed through the
上記の第3のパターンで駆動する相対位置調整機構40を搭載してシリンドリカルレンズ10とスリット体20と太陽光発電セルアレイ30との相対距離を調整することにより、太陽光をすべてキャビティ60内に導くことができ、どの時間帯であっても、キャビティ60内の太陽光発電セルアレイ30にて太陽光を発電に利用することが可能となる。
なお、キャビティ60内に入射した後、スリット体20の裏面に設けた反射体22とキャビティ60の内壁面に設けた反射体71による反射により太陽光発電セルアレイ30における光電変換効率を向上させる工夫については後述する。
The relative
In addition, after entering into the
次に、南北方向の仰角の調整の工夫について述べる。
本発明の集光型太陽光発電システムでは、太陽光の入射角度に応じて、シリンドリカルレンズ10とスリット体20と太陽光発電セルアレイ30を一体としてそれらの南北方向の仰角を調整する南北方向仰角調整機構50を備えた構成とすることが好ましい。
太陽の軌跡は季節により日々異なり、太陽光線の到来方向は、真昼において夏は南北方向の仰角が高く、冬は南北方向の仰角が低い。
Next, the device for adjusting the elevation angle in the north-south direction will be described.
In the concentrating solar power generation system of the present invention, the north-south direction elevation angle adjustment is performed in which the
The trajectory of the sun varies from day to day depending on the season, and the direction of arrival of sunlight is high at midday in the north-south direction during summer and low in the north-south direction in winter.
太陽は、日変動として、時々刻々と集光型太陽光発電システム100に対する東西方向から見た南北方向の入射角(仰角)および、南北方向から見た東西方向の入射角(仰角)が変化して行く。この太陽の日変動のうち東西方向の仰角の変動に対しては、シンドリカルレンズ10を採用して東西方向の線上の光線に収束させることおよび相対位置調整機構40によりシンドリカルレンズ10とスリット対20と太陽光発電セルアレイ30との相対的距離を調整することにより調整し、また、太陽の日変動のうち南北方向の仰角の変動に対しては、南北方向仰角調整機構50で調整する。なお、太陽の季節変動により、同時刻の南北方向の仰角が変化するが、当該季節変動に対して南北方向仰角調整機構50にて日々対応できるようにすることは、言うまでもない。例えば、冬至と夏至では、正午の南北方向の仰角が47度(地軸の傾きの2倍)異なるのは良く知られている。
つまり、本発明においては、太陽の日変動に合わせて、南北方向仰角調整機構50で装置の南北方向の仰角を時々刻々合わせつつ、相対位置調整機構40でシリンドリカルレンズ10とスリット体20と太陽光発電セルアレイ30の相対位置を時々刻々合わせ、いずれの季節のいずれの時間帯においても太陽光が太陽光発電セルアレイ30上に略直線状に焦点を結ぶようにする。
As the sun changes daily, the incident angle (elevation angle) in the north-south direction seen from the east-west direction and the incidence angle in the east-west direction (elevation angle) seen from the north-south direction change from moment to moment. Go. Among the daily fluctuations of the sun, for the fluctuation of the elevation angle in the east-west direction, the
In other words, according to the present invention, the
図10は、南北方向仰角調整機構50によりシリンドリカルレンズ10とスリット体20と太陽光発電セルアレイ30を一体に、南北方向の仰角を調整する様子を模式的に示す図である。なお、南北方向仰角調整機構50の機械的構造の図示は省略している。南北方向仰角調整機構50の駆動機構自体は特に限定されず、例えば、シリンドリカルレンズ10とスリット体20と太陽光発電セルアレイ30を実装する筐体70全体を大地に対して相対移動させるものであれば良く、モーター、ホイール、ワイヤー、ピストン等、駆動の機械的仕組みは限定されない。
FIG. 10 is a diagram schematically showing how the north-south direction elevation
図10(a)に示すように、冬で真昼において太陽光線が低い角度(例えば大地に対する仰角40度)から到来していたとすると、南北方向仰角調整機構50により筐体70全体の南北方向の仰角を当該角度(大地に対する仰角40度)となるように調整し、太陽光が集光型太陽光発電システム100に対して正対(90度)する方向から到来するように調整せしめ、太陽光発電セルアレイ30が配されている矩形領域で太陽光線を受けるようになっている。
As shown in FIG. 10A, assuming that the sunbeams are coming from a low angle (for example, an elevation angle of 40 degrees with respect to the ground) at midday in winter, the elevation angle in the north-south direction of the
次に、図10(b)に示すように、夏で真昼において太陽光線が高い角度(例えば大地に対する仰角70度)から到来していたとすると、南北方向仰角調整機構50により筐体70全体の南北方向の仰角を当該角度(大地に対する仰角70度)となるように調整し、太陽光が集光型太陽光発電システム100に対して正対(90度)する方向から到来するように調整せしめ、太陽光発電セルアレイ30が配されている矩形領域で太陽光線を受けるようになっている。
Next, as shown in FIG. 10B, assuming that the sunbeams are coming from a high angle (for example, an elevation angle of 70 degrees with respect to the ground) at midday in the summer, the north-south direction elevation
上記の南北方向仰角調整機構50を搭載してシリンドリカルレンズ10とスリット体20と太陽光発電セルアレイ30の南北方向への仰角を調整することにより、より少ない個数の太陽光発電セルの実装数の太陽光発電セルアレイ30にてどの時間帯であっても、どの季節であっても、シリンドリカルレンズ10の平面側の面積分の太陽光を発電に有効利用することが可能となる。
By mounting the above-described north-south direction elevation
次に、太陽光がキャビティ60内に入射した後、スリット体20の裏面に設けた反射体22とキャビティ60の内壁面に設けた反射体71による反射により太陽光発電セルアレイ30における光電変換効率を向上させる工夫について述べる。
実施例1にかかる集光型太陽光発電システム100では、太陽光発電セルアレイ30の側面および底面を囲う筐体70を設け、筐体70とその上面の蓋となるスリット体20によって、太陽光発電セルアレイ30が囲われるキャビティ60を形成せしめ、スリット体20の裏面に光を反射する反射体22、筐体70の内壁面にも光を反射する反射体71を設けた構成としたものである。スリット体20のスリット21を通過してキャビティ60内に入射した太陽光が反射体22および反射体71により反射を繰り返すことにより太陽光発電セルアレイ30において発電に供される光量を増加せしめたものである。
Next, after sunlight enters the
In the concentrating solar
図3、図4(b)、図5(b)、図6(b)、図7(b)、図8(b)、図9(b)、図10に示したように、受光した太陽光がシリンドリカルレンズ10により集光されスリット体20を通過してキャビティ60内に入った後、太陽光が反射体22および反射体71に反射を繰り返して太陽光発電セルアレイ30に受光する。
上記各図に示すように、太陽光はスリット体20のスリット21を通過し、キャビティ60に入る。スリット体20の裏面は鏡面の反射体22が設けられ、筐体70の内壁面には鏡面の反射体71が設けられているため、一度キャビティ60内に入射した太陽光は吸収されない限り反射を繰り返す。ここで、キャビティ60内で太陽光を吸収する要素は太陽光発電セルアレイ30の各太陽光発電セル31のみであるので、太陽光発電セルに入射して光電変換に有効利用されるまで反射を繰り返す。
As shown in FIG. 3, FIG. 4 (b), FIG. 5 (b), FIG. 6 (b), FIG. 7 (b), FIG. 8 (b), FIG. After the light is collected by the
As shown in the drawings, sunlight passes through the
ここで、太陽光発電セルアレイ30についての種々の工夫について述べる。
第1の工夫は太陽光発電セルアレイ30を透過型セルとする工夫である。太陽光発電セルアレイ30の矩形領域付近に入射しても発電に消費されない太陽光をも有効に利用することを狙ったものである。太陽光発電セルアレイ30を構成する構造物のうちフレーム基板など光電変換に直接関係しない機械的構造物が光を吸収する不透明のものであれば、太陽光発電セルアレイ30の矩形領域において光が減衰してしまう。そこで、光電変換に利用されない光が透過できるように太陽光発電セルアレイ30を透過型セルとしておけば太陽光発電効率が向上する。
Here, various ideas about the photovoltaic power
The first device is a device in which the
第2の工夫は太陽光発電セルアレイ30を、少なくとも発電効率が高い波長帯が第1の波長帯である太陽光発電セル31aと、発電効率が高い波長帯が第2の波長帯である太陽光発電セル31bの2種類以上のセルを含んだものとする工夫である。
光電変換に適した波長帯が異なる太陽光発電セルを組み合わせることにより、太陽光の発電利用効率が向上する。太陽光は自然光として多様な波長帯の波長の光を含むものであるが、太陽光発電セルはその特性に応じて光電変換を効率的に行える光の波長帯がある。
The second device is a
By combining solar power generation cells having different wavelength bands suitable for photoelectric conversion, the power generation utilization efficiency of solar light is improved. Although sunlight includes light of various wavelength bands as natural light, the photovoltaic power generation cell has a wavelength band of light that can efficiently perform photoelectric conversion according to its characteristics.
図11は、太陽光発電セルにおいて受光した光の波長帯と光電変換効率を模式的に示したものである。図11には光電変換に適した波長帯が異なる2つの太陽光発電セルについて模式的に示している。例えば、波長が長い光(赤外線よりの光)において発電効率が高い太陽光発電セル31aと、波長が短い光(紫外線よりの光)において発電効率が高い太陽光発電セル31bが示されている。この太陽光発電セル31aと太陽光発電セル31bとを組み合わせれば、キャビティ内に導入した多用な波長帯の光を有効に光電変換すること可能となる。 FIG. 11 schematically shows the wavelength band of light received in the photovoltaic power generation cell and the photoelectric conversion efficiency. FIG. 11 schematically shows two photovoltaic power generation cells having different wavelength bands suitable for photoelectric conversion. For example, a solar power generation cell 31a having high power generation efficiency in light having a long wavelength (light from infrared rays) and a solar power generation cell 31b having high power generation efficiency in light having a short wavelength (light from ultraviolet rays) are illustrated. By combining the solar power generation cell 31a and the solar power generation cell 31b, it is possible to effectively photoelectrically convert light in various wavelength bands introduced into the cavity.
以上、実施例1の集光型太陽光発電システムによれば、相対位置調整機構40を搭載することにより、シリンドリカルレンズ10とスリット体20と太陽光発電セルアレイ30の相対位置を調整することにより太陽の日変動によらず高効率の太陽光発電を行うことができ、南北方向仰角調整機構50を搭載することによりシリンドリカルレンズ10とスリット体20と太陽光発電セルアレイ30の南北方向の仰角の調整をすることにより太陽の季節変動によらず高効率の太陽光発電を行うことができる。
また、実施例1の集光型太陽光発電システムによれば、スリット21を通過した太陽光は、キャビティ60内で太陽光発電セル31で光電変換に利用されるまで反射体22および反射体71で反射を繰り返すため、多くの太陽光が有効に太陽光発電セルにおいて光電変換され、発電に供されることとなる。また、太陽光発電セルアレイを透過型のものとする工夫や、太陽光発電セルアレイに含まれる太陽光発電セルとして光電変換効率の高い波長帯を異なる複数種類のものを組み合わせる工夫を行うことにより、発電効率を向上させることができる。
As described above, according to the concentrating solar power generation system of Example 1, the relative position of the
Further, according to the concentrating solar power generation system of the first embodiment, the sunlight that has passed through the
実施例2にかかる集光型太陽光発電システム100aは、スリット体のスリット幅を増減させるスリット幅調整機構80を備えた構成例である。
スリット体20は、到来する太陽光が通過する幅を確保しつつ一度スリット体20を通過した太陽光がキャビティ60内から出てこないように蓋をする役割を持つ。シリンドリカルレンズ10に対する太陽光の到来方向によって焦点距離(深さ)が変動するが、実施例1の構成例では相対位置調整機構40によりシリンドリカルレンズ10やスリット体20や太陽光発電セルアレイ30の相対位置を変化させることによって太陽光の焦点距離(深さ)付近にスリット体20が位置するように調整し、スリット体20のスリット幅を小さい状態に保ち、蓋としての役割を重視した。
The concentrating solar power generation system 100a according to the second embodiment is a configuration example including a slit
The
しかし、本実施例2では、スリット体20のシリンドリカルレンズへの相対距離の変動に代え、スリット幅調整機構80によりスリット体20のスリット21の幅を伸縮することにより太陽光の到来方向や天候などの状況に対応するものである。
However, in the second embodiment, instead of changing the relative distance of the
第1のスリット幅調整機構80aの構成例は、スリット体20が互いに独立した2枚の板状部材23a,23bからなり板状部材23a,23bの対向するエッジ間によりスリット21が形成されている状態において、板状部材23a,23bをスライドさせることによりスリット幅を増減させるものである。スリット幅調整機構80aの駆動機構自体は特に限定されず、スリット体20のスリット板状部材をスライド移動させるものであれば良く、モーター、ホイール、ワイヤー、ピストン等、駆動の機械的仕組みは限定されない。
In the configuration example of the first slit width adjusting mechanism 80a, the
図12は第1の構成例のスリット幅調整機構80aによるスリット幅の調整の様子を示した図である。なお、スリット幅調整機構80aの図示は省略している。
図12に示すように、スリット体20のシリンドリカルレンズ10等に対する相対位置は変化しないがスリット幅が増減している。
FIG. 12 is a diagram showing how the slit width is adjusted by the slit width adjusting mechanism 80a of the first configuration example. The slit width adjusting mechanism 80a is not shown.
As shown in FIG. 12, the relative position of the
第2のスリット幅調整機構80bの構成例は、スリット体20が互いに独立した2枚の板状部材23a,23bからなり板状部材23a,23bの対向するエッジ間によりスリット21が形成されている状態において、板状部材に設けられた回転軸を中心として板状部材を回動させる機構を設けることによりスリット21の幅を増減させるものである。 図13は第2の構成例のスリット幅調整機構80bによるスリット幅の調整の様子を示した図である。なお、スリット幅調整機構80bの図示は省略している。
図13に示すように、板状部材23a,23bには回転軸が設けられ、回転軸を中心として回転できるようになっている。
図13(a)に示すように回転角が大きくなると板状部材23a,23bの対向するエッジ間隔が大きくなり、図13(b)に示すように回転角が小さくなると板状部材23a,23bの対向するエッジ間隔が小さくなる。
In the configuration example of the second slit width adjusting mechanism 80b, the
As shown in FIG. 13, the plate-
As shown in FIG. 13 (a), when the rotation angle is increased, the interval between the opposing edges of the plate-
次に、天候によって、スリット幅調整機構80a,80bを用いる点について述べる。例えば曇天のように太陽光が直進光ばかりではなく外界からの散乱光が入射している場合、焦点を結びにくいため、太陽エネルギーが集中している部分がない。この状況でスリット幅を小さく保つとキャビティ60内に入射する光量が十分には確保できないため、曇天の日などではスリット21を広げてキャビティの開口面積を大きく保った方が良い。そこでスリット幅調整機構80a,80bによりスリットを大きくする。
Next, the use of the slit width adjusting mechanisms 80a and 80b depending on the weather will be described. For example, when the sunlight is not only straight light but also scattered light from the outside, such as cloudy sky, it is difficult to focus and there is no portion where solar energy is concentrated. In this situation, if the slit width is kept small, the amount of light entering the
本実施例2にかかる集光型太陽光発電システム100aによれば、スリット幅調整機構80によりスリット体20のスリット21の幅を調整でき、太陽光の到来方向や天候などの状況に柔軟に対応することができる。
According to the concentrating photovoltaic power generation system 100a according to the second embodiment, the width of the
以上、本発明の好ましい実施形態を図示して説明してきたが、本発明の技術的範囲を逸脱することなく種々の変更が可能であることは理解されるであろう。 While preferred embodiments of the invention have been illustrated and described, it will be appreciated that various changes can be made without departing from the scope of the invention.
10 シリンドリカルレンズ
20 スリット体
21 スリット
22 反射体
23a,23b 板状部材
30 太陽光発電セルアレイ
40 相対位置調整機構
50 キャビティ
60 南北方向仰角調整機構
70 筐体
71 反射体
80a,80b スリット幅調整機構
100,100a 集光型太陽光発電システム
DESCRIPTION OF
Claims (15)
太陽光を受けて発電する太陽光発電セルを並べた太陽光発電セルアレイであって、前記シリンドリカルレンズにより集光された前記光線を受けるように前記シリンドリカルレンズの下方に配置せしめた太陽光発電セルアレイと、
太陽光の入射角度に応じて前記シリンドリカルレンズと前記太陽光発電セルアレイとの相対距離を調整する相対位置調整機構と、
前記太陽光の入射角度に応じて、前記シリンドリカルレンズと前記太陽光発電セルアレイの南北方向の仰角を調整する南北方向仰角調整機構とを備えたことを特徴とする集光型太陽光発電システム。 A cylindrical lens that focuses sunlight received by the light-receiving surface as a substantially linear light beam, the cylindrical lens arranged so that the focused light beam is in a substantially east-west direction, and
A photovoltaic cell array in which photovoltaic cells that generate sunlight and generate electric power are arranged, and the photovoltaic cell array arranged below the cylindrical lens so as to receive the light beam collected by the cylindrical lens; ,
A relative position adjustment mechanism for adjusting a relative distance between the cylindrical lens and the photovoltaic cell array according to an incident angle of sunlight;
A concentrating solar power generation system comprising the cylindrical lens and a north-south elevation angle adjusting mechanism for adjusting a north-south elevation angle of the photovoltaic cell array in accordance with an incident angle of the sunlight.
前記スリット体の前記スリットを通過して前記太陽光発電セルアレイに入射した太陽光のうち、前記太陽光発電セルアレイの表面で反射してしまった太陽光を前記スリット体裏面の前記反射体により反射させて前記太陽光発電セルアレイに再入射させ、前記スリット体裏面と前記太陽光発電セルアレイの間で反射と再入射を繰り返すことにより前記太陽光発電セルアレイにおける発電に供される光量を増加せしめることを特徴とした請求項1に記載の集光型太陽光発電システム。 A substantially linear slit, and at least a part of the rear surface is a slit body that is a reflector, and is positioned between the cylindrical lens and the photovoltaic cell array, and is substantially linearly focused by the cylindrical lens. Including a slit body disposed below the cylindrical lens so that the light passes through the slit and the light passing through the slit is received by the photovoltaic cell array,
Of the sunlight that has entered the photovoltaic cell array through the slit of the slit body, the sunlight reflected by the surface of the photovoltaic cell array is reflected by the reflector on the back surface of the slit body. Re-entering the photovoltaic cell array and repeating the reflection and re-incidence between the back surface of the slit body and the photovoltaic cell array to increase the amount of light provided for power generation in the photovoltaic cell array. The concentrating solar power generation system according to claim 1.
前記スリット体の前記スリットを通過して前記キャビティ内に入射した太陽光のうち、前記透過型セルで発電エネルギーに変換されずに通過した太陽光を、前記キャビティの内壁面の反射体と前記スリット体裏面の反射体の間で光を反射を繰り返し、前記太陽光発電セルアレイにおいて発電に供される光量を増加せしめることを特徴とした請求項8に記載の集光型太陽光発電システム。 A cavity that is provided below the slit body and surrounds the photovoltaic cell array, and includes a cavity provided with a reflector that reflects light on at least a part of the inner wall surface thereof,
Of the sunlight that has passed through the slit of the slit body and entered the cavity, the sunlight that has passed through the transmissive cell without being converted into power generation energy is reflected on the reflector on the inner wall surface of the cavity and the slit. 9. The concentrating solar power generation system according to claim 8, wherein light is repeatedly reflected between reflectors on the back of the body to increase the amount of light provided for power generation in the solar power cell array.
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